川西泸定县某高陡斜坡危岩体灾害特征与落石风险分析

针对川西泸定县沙坝村后山高陡斜坡危岩体的具体情况,对其工程地质条件展开调查,分析斜坡危岩落石带的分布位置、地层岩性、岩体结构面及变形破坏特征。运用Rocfall危岩落石轨迹模拟软件,建立了典型落石的二维数值模型,并对落石的运动路径进行了模拟分析。获取了落石的弹跳高度、平移速度、总动能图及落石停积位置,表明落石基本都能影响到坡脚居民区或达到川藏公路。提出了相应的防治措施,且获取典型落石被动防护的最佳位置及落石拦截高度、能量大小等重要参数。研究对类似危险地形的防灾具有借鉴意义。     

浅埋输气管道受落石冲击影响的动力学分析

针对忠武输气管道山区段频发落石冲击输气管道的事件,通过对落石与地面碰撞机制进行分析,利用Hertz碰撞理论探讨了落石的最大冲击力与冲击作用时间的理论估算公式,并应用大型有限元软件ABAQUS模拟了在冲击作用下管道的动力学响应,同时讨论了相关因素对管道力学性状的影响.结果表明在落石垂直冲击作用下,输气管道的竖向变形比水平方向变形要大;管道应力顶部最大,其次为中部和底部;管道的变形和应力的峰值均滞后于冲击压强的峰值.提出的方法可对落石冲击作用进行分析计算,为实际管道防护设计提供了一定的参考价值.     

落石连续冲击下废弃混凝土垫层缓冲特性大型现场试验研究

国内建筑垃圾产量逐年递增，处理成本也急剧增加。为了探究废弃混凝土材料在冲击态荷载作用下的动态响应，通过大型现场70 kJ连续落石冲击试验，研究废弃混凝土垫层在连续冲击荷载作用下的缓冲性能。结果表明，采用废弃混凝土垫层后，第1次、第3次和第6次冲击力峰值与无防护情况相比分别减小了76.7%、41.2%和18.2%；垫层缓冲性能存在劣化现象，6次冲击后，冲击力峰值比第1次冲击时增加了3.5倍。随着冲击次数的增加，垫层孔隙率呈降低趋势，且降低趋势逐渐变缓，垫层颗粒平均球度降低，颗粒相对破碎率随装样深度的增加而降低。研究结果可为落石灾害防护提供理论和实践指导。     

地震作用下边坡的崩塌落石距离研究

基于室内振动台试验和能量守恒原理,开展了一系列的边坡崩塌落石的振动台试验,揭示了不同频谱特性、地震峰值加速度、场地类型、坡形、地下水位高度以及不同落石形状和大小对边坡失稳后崩塌距离的影响规律,提出了不同影响因素下以边坡高度为评价指标的边坡落石防护的临界阈值。研究表明：远场地震作用下不同形状的落石距离大于近场地震作用下的落石距离;不同形状的落石随着地震峰值加速度的增加,其崩落的距离逐渐增加。随着边坡坡角的增加,不同形状的落石距离表现出先增大后减小的趋势,在边坡角度达到60°时,随着边坡角度的继续增加,不同形状落石的距离逐渐减小;随着边坡坡高的增加,不同形状的落石距离表现出增大趋势;考虑地震峰值加速度影响时,不同形状落石距离的从大到小依次为球形、圆柱形、方形、长条形;而考虑边坡坡形影响时不同形状落石距离的从大到小依次为球形、圆柱形、长条形、方形,与汶川地震中圆球形和圆柱形落石对边坡坡底构筑物的影响最严重的案例较为吻合。基于概率方法计算得出：在边坡（1.2~1.4）H（H为坡高）范围时坡脚构筑物受影响的概率最大,此区间的确定可为坡脚构筑物的防护设计提供参考。     

不同地质条件对爆炸落石速度影响的数值模拟

运用有限元软件模LS—DYNA拟弹体在不同地质条件下的边坡爆炸过程,对花岗岩、白云岩和大理岩三种类型的边坡在同等炸药爆炸条件下形成的落石速度进行了对比分析,模拟结果表明,不同性质的岩石边坡形成的爆炸落石速度变化过程和破坏区内速度分布具有一致性,但落石的抛掷速度大小差异很大。     

露天矿排土场拦石坝设计及其稳定性验算

以新疆索尔库都克铜矿露天排土场滚石防治工程为研究背景,结合该排土场四周地形特征,为拦截排土场危险落石,在排土场四周修筑了干砌拦石坝,以高空落石滑落的运动特征为基础,分析了落石滑落的速度计算方法和拦石坝的设计计算方法,首先计算滑落滚石的极限爬坡高度以确定拦石坝的高度,然后根据能量守恒定律计算拦石坝的平均宽度,从而确定拦石坝的结构参数。为避免滚石冲击力对拦石坝形成冲击破坏,在拦石坝的前部设计了一定厚度的缓冲层,用于吸收部分落石的冲击力,其稳定性验算结果表明,滚石的冲击力经过缓冲土层被大大减弱。     

磨矿介质对磨机衬板冲击力的模拟计算

为优化磨机衬板设计,本文根据磨矿介质对磨机衬板的冲击特点,自行研制了冲击力测定装置,并试验获得了冲击力与冲击动能的关系模型。根据磨机内介质运动形态的有关理论,模拟计算磨矿介质对衬板冲击速度的大小、方向及冲击位置等。根据研究结果,当已知磨机规格和磨矿操作条件时,可模拟计算磨矿介质对磨机衬板的冲击力大小,这一计算结果可用于指导定量设计衬板材料和结构的适宜强度。     

喀斯特山区崩塌落石运动特征分析——以贵州省六盘水市独山崩塌为例

喀斯特山区岩溶发育,在高陡岩质斜坡中,崩塌灾害极发育,具有突发性、高速度、难预测等特点[1]。崩塌体在重力作用下,从高陡坡突然加速崩落、跳跃,具有明显的拉断、倾覆现象[2]。落石在斜坡上的运动规律受到诸多复杂因素影响[3],具有很大的随机性。以贵州省六盘水市钟山区独山崩塌为例,通过实地调查,运用数值模拟与实际情况类比,综合分析典型喀斯特山区崩塌落石的运动轨迹、弹跳高度、运动能量等特征,并对该类典型崩塌落石的防治提出建议。     

某喀斯特地区崩塌落石运动分析及其防治

崩塌地质灾害在喀斯特山区极其发育。以贵州省六枝特区黎家屯脚崩塌为例,通过实地调查,对地质环境进行详细分析,阐述了典型喀斯特山区崩塌的基本特征和其形成机理,认为地质构造、地层岩性、岩体结构、水的作用等内外因素是危岩崩塌形成的原因。通过运动分析及数值模拟和实际情况类比,综合分析崩塌落石的运动轨迹、弹跳高度、运动能量等特征,在此基础上提出了"缓坡段拦截,陡坡段遮挡"的被动拦挡工程防治措施。     

野三坡崩塌落石分布、控制因素及防治对策——以百里峡景区为例

野三坡百里峡景区内崩塌落石时有发生，直接威胁着游人的安全，因此对它的研究具有重要的社会效益和科学价值。野三坡百里峡冲蚀嶂谷出露的岩性均为碳酸岩，变形构造以脆性破裂为主，是研究崩塌落石发育特征与规律的标本式地区。景区崩塌落石产生的内因是受构造控制的破碎岩体中存在着大量的裂隙和节理，使得岩体的抗拉强度减弱，存在着结构面外倾的岩块；外因是暴雨等外力活动的诱发；内外因在特定条件下的结合是易发区崩塌落石产生的主要原因。为了最大限度的维护地质公园内原始景观，保护自然生态环境，根据崩塌隐患区不同特征，可分别采取锚固、防护网、避让等防治对策。     

深部巷道冲击相似试验装置研究

随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和矿工的生命安全造成了极大的威胁。深部巷道开挖相似试验台的设计搭建成为国内外学者研究的难题之一，在测试高空落锤对巷道影响的模拟试验时，由于落锤砸到承压柱后弹起，造成二次冲击而影响实验结果。为了解决该问题，基于巷道冲击地压灾害机理，模拟冲击地压瞬间释放对巷道造成的破坏，设计出一种落锤下落时可以顺利下落、当落锤弹起再次落下时会被托住的试验系统，从而防止巷道冲击试验中落锤的二次撞击，较好地实现了巷道的动态加载。     

隧道口危岩崩塌运动特征研究

崩塌落石作为山区高陡边坡的一种典型破坏方式,是危害严重的地质灾害之一。基于禹门口隧道进口危岩的现场调查,以W10危岩体为例,利用RocFall软件,模拟了4种坡面覆盖情况下危岩崩塌后的运动轨迹,对比分析了落石在隧道进口部位的冲击能量、弹跳高度等运动学参数的差异。利用PFC3D软件重建三维地表模拟了W10危岩体崩落后的三维运动轨迹。结果表明:植被覆盖情况直接决定恢复系数的大小,而恢复系数越大,能量转化效率越高,落石动能损失越小;坡形是决定落石弹跳高度的控制性因素,落石崩落后在地形凸起处发生弹跳,4种坡面条件下落石弹跳高度最大处基本一致;PFC3D较RocFall能更全面地展示出落石崩落后形态及运动轨迹,对落石的防治工作有很好的指导意义。     

垂直溜井中卸矿对物料的冲击夯实作用及其预防

垂直溜井中的矿岩运动会对井内储料产生冲击，使松散储料被夯实，进而引发溜井的悬拱堵塞。在总结垂直溜井中矿岩运动特征的基础上，分析了溜井中物料运动全过程的能量转化与耗散特征，讨论了物料运动对井内储料冲击夯实作用机理与冲击夯实过程，并给出了矿山预防冲击夯实作用的综合措施。研究表明：①矿岩块在垂直溜井中下落时，底部储料受冲击的能量大小与矿岩落差和矿岩块质量成正比关系；②下落矿岩块的冲击力在井内储料中矿块之间相互传递形成了一种“力链”的作用效果，冲击力越大，夯实的密实度和范围也越大，夯实范围大小与冲击过程中的能量耗散速度成反比关系；③控制进入溜井的矿岩块度和降低矿岩块在溜井中的落差，是预防井内储料被冲击夯实的有效措施。     

基于正交设计的露天矿V形槽结构滚石防护试验

交通领域针对滚石防护已开展大量研究工作,但对于矿山而言,因其工程扰动频繁、岩石破碎等特点,滚石防护专项研究甚少,常采用安全平台和清扫平台设计防治滚石。然而,随着开采深度和规模增加,上述方法已无法有效阻挡扩帮扰动产生的大量滚石,滚石伤人和损坏设备事故频发。针对上述问题,以南芬露天铁矿采场下盘边坡滚石防护为例,首先,基于正交试验原理,利用Rocfall程序分别对"安全平台滚石防护措施"进行3指标4因素数值模拟正交试验,对"安全平台上设计V形槽滚石防护措施"进行3指标5因素数值模拟正交试验;然后,对试验结果进行极差分析,揭示2种措施各个因素对滚石运动特征的影响规律;最后,确定2种方法的最优参数组合,并在南芬露天铁矿选择实验区,进行现场对比试验。试验结果证明V形槽结构能够有效防护滚石,可为露天矿山高陡边坡滚石防护提供借鉴。     

矿岩三维运动对主溜井井壁碰撞范围的影响

地下矿山溜井使用过程中，矿石在溜井中运动时在井壁上的初始碰撞对井壁的破坏作用较大，研究矿岩块运动轨迹，确定矿石与井壁的碰撞范围对于井壁的支护具有重要意义。以辽宁某地下矿山溜井为例 ，根据运动学理论，建立了矿岩块运动模型，分析了不同初始运动状态下的矿岩块对碰撞范围的影响，确定了初始碰撞位置的分布范围。研究结果表明：①矿岩与井壁初始碰撞位置与矿岩进入溜井时速度大小、方向 角以及运动耗时等有关，当溜井结构参数一定时，矿岩进入溜井时的速度大小是一定的，此时速度方向角决定着矿岩对井壁的冲击范围；②随着矿岩块初始运动方向角不断增大，矿岩块与溜井井壁碰撞前的行程逐渐 变短，冲击位置不断升高，井壁受冲击一侧在溜井口以下9.23 m处形成两条对称的弧形斜冲击带；③矿岩运动的随机性会影响井壁损伤程度及范围，同时在矿岩流反复冲击下，井壁受冲击的位置与范围趋向集中是累 积损伤的结果。研究结果可为矿山溜井支护提供理论支持。     

不同锚杆参数对锚固系统稳定性影响研究

为了研究不同锚杆参数对锚固系统稳定性的影响，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，理论分析了围岩协同锚固系统力学模型和锚杆锚固段的“大托盘”效应，数值模拟了不同锚杆长度、锚杆密度和锚杆预紧力下群锚杆最小主应力分布，分析了锚杆围岩形成的挤压带范围，得到了相关参数对锚固系统稳定性的影响。研究为巷道支护提供了理论指导。     

深部煤矿井巷工程大型物理模拟试验系统研制

介绍了一种圆柱形卧式深部井巷工程大型物理模拟试验系统。该试验系统由围岩压力施加与保持装置、液压加载与控制系统、试验数据采集系统3大部分构成。装置外径1 860 mm，长6 200 mm，采用60只径向油缸和4只轴向油缸伺服加载，最大加载能力10 MPa。采用有限元软件对装置强度进行了校核，结果显示系统整体结构安全。利用试验系统成功开展了深井煤矿巷道锚杆支护试验研究，巷道围岩位移及应力与现场实测一致，验证了该试验装置各项功能和指标，为深部煤矿巷道支护提供了一种先进的物理模拟试验手段。     

基于Matlab的大倾角煤层飞矸冲击后果数值模拟

飞矸在重力下加速运移,动能加大,与人和设备碰撞瞬时发生。飞矸具有危害大、运移复杂的特点。每年飞矸毁物伤人事故,造成直接经济损失高达数千万,严重制约了矿井的安全生产。因此,非常有必要研究飞矸的冲击后果。基于飞矸冲击力简化计算模型,采用Matlab软件模拟自由下落高度分别为1,3,5,7,9,11,13,15,17 m,飞矸质量分别为30,120,270,480,750,1 080 kg的冲击力,绘制了冲击力对比图,分析了飞矸质量对冲击后果的影响以及自由下落高度对冲击后果的影响。研究对于防范飞矸伤人事故具有重要的意义。     

大规模深部开采诱发上覆岩体变形规律研究

为深入研究金属矿山岩层移动及地表变形规律，针对大红山铁矿大规模深部崩落法回采岩层冒落及地表变形的特点，分析了深部开采对岩层及地表变形的影响和时空关系。通过矿山现场长期观测及实验室相似模拟试验，揭示了岩层冒落移动变形、地表塌陷过程和“三带”规律，认为金属矿山采用崩落法大规模深部开采后在地表形成了一个以裂隙为引导的塌陷区，明显存在崩落带和裂隙带，弯曲变形带不明显，但其岩层变形过程仍具有“三带”破坏特征。上覆岩层冒落依次经历了三个过程，即首先呈现正三角拱状冒落，向上发展并发育到地表，再形成小范围塌陷，后期以该小范围塌陷点为中心向四周扩张，呈现倒三角的敞开式发育。在上述分析的基础上，进一步分析了矿山深部巷道围岩变形特性及造成破坏的原因，提出了防治上覆岩层冒落的围岩抗变形措施。